Zeer zuinige nieuwe motorontwerpen kunnen de milieu-impact van voertuigen aanzienlijk verminderen, vooral als de motoren draaien op hernieuwbare, niet op aardolie gebaseerde brandstoffen. Ervoor zorgen dat deze onconventionele brandstoffen compatibel zijn met motoren van de volgende generatie, was het doel van een nieuwe computationele studie naar het gedrag van brandstofontsteking bij KAUST.

Het team, geleid door Hong Im in het KAUST Clean Combustion Center, onderzocht de ontsteking van op methanol gebaseerde brandstofformuleringen. "Methanol wordt beschouwd als een veelbelovende brandstof, zowel vanuit economisch als vanuit milieuoogpunt, " zegt Wonsik Song, een doctoraat student in het team van Im. Methanol kan duurzaam worden geproduceerd als biobrandstof of door een door zonne-energie aangedreven elektrochemische reactie die methanol maakt uit koolstofdioxide. Echter, pure methanolbrandstof is niet geschikt voor de nieuwste motorontwerpen.

Conventionele benzinemotoren gebruiken een vonk om de brandstof te ontsteken. Sommige moderne benzinemotoren kunnen overschakelen naar de compressieontstekingsmodus, onder bepaalde omstandigheden als een dieselmotor werken om het brandstofverbruik te maximaliseren. Maar methanol is niet reactief genoeg voor compressieontsteking, zegt Lied. "Onze aanpak is om een ​​meer reactieve brandstof te mengen, dimethylether (DME), met methanol om een ​​brandstofmengsel bruikbaar te maken in motoren met compressieontsteking die een betere verbrandingsefficiëntie bieden dan de tegenhanger met vonkontsteking."

Het team gebruikte computationele analyse om de verbrandingschemie van methanol-DME te onderzoeken. Omdat verbranding te complex is om efficiënt volledig te simuleren, de onderzoekers maakten eerst een skeletmodel van het proces waarin perifere reacties zijn weggenomen.

"Uitgaande van het gedetailleerde model, waaronder 253 chemische soorten en 1542 reacties, we hebben een skeletmodel gegenereerd met 43 soorten en 168 reacties die nauwkeurig de ontstekings- en verbrandingskenmerken van methanol en DME beschrijven, " legt Efstathios Tingas uit, een postdoctoraal lid van het team van Im.

De onderzoekers toonden aan dat DME de reactieroutes domineerde tijdens de beginfase van ontsteking en een zeer effectieve ontstekingspromotor was. Ze onderzochten ook het effect van het verhogen van de aanvankelijke luchttemperatuur om de hotspots te simuleren die zich in de motor zouden kunnen ontwikkelen. "Bij hoge temperaturen DME vertraagt ​​de ontsteking eigenlijk een beetje, omdat de DME-chemie afhankelijk is van de vorming van enkele sterk geoxygeneerde moleculen, die inherent onstabiel zijn bij hogere temperaturen, " zegt Tingas. Echter, bij hoge temperaturen wordt de methanol zelf zeer reactief. Ze bestudeerden ook de effecten van DME op het ontstekingstijdstip.

"Deze studie dient als een basisrichtlijn om de ontsteking van methanol- en DME-mengsels in verbrandingsmotoren met compressieontstekingsmodi te bestuderen, ", zegt Song. De volgende stap zal zijn om complexere simulaties uit te voeren die de effecten van turbulentie op brandstofontsteking bevatten, hij voegt toe.